摘要：为了满足经济社会进步和电力工业快速发展对人才培养的新要求，经过长期的教学探索和试点，以注重学以致用的创新能力建设为目标，提出了一套“兴趣培养-理论教学-工程实践”多层级交叉融合的“电力系统分析”课程工学一体化教学法。教学证明：该方法使得学生不但较好地掌握了电力系统专业的相关基础知识理论，而且显著增强了电力工程应用实践能力，取得了良好的教学效果。
关键词：电力系统；工学一体化；教学设计
作者简介：赵美莲（1976-），女，山西朔州人，南京工程学院电力工程学院，讲师；陈跃（1963-），男，江苏南通人，南京工程学院电力工程学院，副教授。（江苏南京211167）
中图分类号：G642.41 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）06-0076-02
“电力系统分析”是电气工程及其自动化专业学生掌握电力系统基本概念、基本分析和计算能力的一门重要基础课程，是电类专业学生从基础技术理论课程走向专业技术课程学习的知识桥梁。该课程以电力系统潮流计算、故障计算和稳定分析为核心，紧密结合不断涌现的电力系统新技术，内容涉及面广多，涵盖了电机学、电路、电磁场、自动控制等多学科知识，包含了线性方程、非线性方程、微分方程等大量数学理论推导。学生学习该课程往往感觉难度较大，不易掌握内容的重点和难点。
随着电力工业的快速发展，“电力系统分析”课程教学面临着极大挑战，学生既要掌握扎实的专业理论知识，又要学会理论与应用相结合，具备运用知识的创新能力。传统的以教师为中心的单一教授法已成为制约教学质量提高的瓶颈，需要在方法上创新模式，适应学生个性和职业发展的需要，激发学习潜力，培养学生学以致用的创新能力，以满足技术、经济和社会发展对高级人才的综合素质要求。
一、工学一体化的教学意义
教与学，二者是一对辨证统一体，其行为是一种需要将刻板的理论知识与生动的实际应用有机结合的艺术活动。让学生具备学以致用的创新能力，这就是“工学一体化”教学的目的与意义。
学生要具备学以致用的创新能力，就是要实现其从获取知识到运用知识和创新知识的能力提升。显然，学生上课认真听课、仔细做笔记只能做到有知识，很难做到有能力。在教学中，要不断强化学生的主动参与意识，授之以渔，让学生成为教学活动的主体，学会主动思考和深化运用，提高创新知识能力。
电类学科具有很强工程应用背景，其专业学习的最终目的是要将技术成果转化为生产力，直接推动电力工程建设，因而特别强调对学生创造性思维和能力的培养。学生不仅要具有扎实的基础知识理论，而且要具备发现问题然后运用知识解决实际工程问题的能力。工学一体化教学的本质之一，就是要全面培养学生善于独立思考、勇于开拓创新的综合素质。因此加强理论与实践相结合的工学一体化教学，对于电类专业显得尤为必要和重要。
二、以往的教学困境
“老师在黑板上讲得天花乱坠，学生在下面呼呼大睡。”这是在教学调查中学生对传统课堂的形象描述。在传统教学模式下，教师是传道授业解惑的单一主体，学生完全处于被动接受知识的地位。教师在黑板上讲解教材中规定的纯理论知识，且往往是概念释义和理论算法推导，与实际应用需求脱节现象较为严重。课堂缺乏生动性和吸引力，学生很容易感到枯燥乏味，进而渐渐产生厌学情绪，这无疑不利于提高教育教学质量。更有甚者，不少学生的学习目的相对片面，仅为应付课程考试而学，死记硬背一些概念和原理，浅浮于知识的表面理解，谈不上深入分析所学知识去解决实际问题，很难具备学以致用的创新能力。
教学中也会安排一些实验课作为课程实践环节，但这些传统的实验课常常是“走过场”。学时少且实验内容相对固定，一般都是要求学生按照教师的示范或指导书的步骤去按部就班地操作，简单地验证一些基本原理和现象，学生无法参与过程设计，严重制约了学生创新思维能力的提高。
三、工学一体化的教学设计
“电力系统分析”课程包括电力系统稳态分析和电力系统暂态分析两部分，教学内容多，任务量重，教学时间安排也相对较长，如何获得良好的教学效果是我们一直在深入思考的问题。经过长期的教学实践探索，我们设计了一套“兴趣培养―理论教学―工程实践”多层级交叉融合的“电力系统分析”课程工学一体化教学法。在教学过程中，注重运用现场教学、案例教学、讨论式教学等多种手段，将理论知识融于实际应用，让学生在教与学的互动过程中，发挥主观能动性，灵活运用所学知识，创新性地完成各类应用操作，达到学以致用的教学效果。
1.兴趣培养
虽然学生在学习“电力系统分析”之前，一般都已经学习过“电路”、“电机学”等基础课程，初步掌握了同步发电机、异步发电机、变压器等电工电器设备的基本知识，但是大多数学生对电力系统的体系结构和生产运行缺乏整体性概念。课程伊始，如果就直接讲授教材中的各种算法和理论推导，学生往往会很难理解和接受。
伟大的科学家爱因斯坦说过：“兴趣是最好的老师。”这就是说一个人一旦对某事物有了浓厚的兴趣，就会主动去求知、去探索、去实践，并在求知、探索、实践中产生愉快的情绪和体验。因此，在开始该门课程教学时，十分注重培养学生的课程兴趣。良好的开端是成功的一半，引导学生建立起学习电力系统的专业兴趣，激发其专业求知欲。感性认识是引导学生逐步建立学习兴趣的一种好方法。在教学过程中，主要采用了以下两种方法：
（1）声像教学。电力系统的生产、运行过程以及电力设备结构都十分复杂，很难用黑板或语言来讲授清楚，学生抽象地听讲，很吃力，无法直观理解。教学中，充分利用现代多媒体技术手段，通过声像结合、图文并茂的方式，形象地展现教学内容，特别是对一些电网运行控制环节和设备运行状况，让学生便于理解和感悟，起到了事半功倍的效果。通过声像教学，让学生一方面能够初步了解到电力系统的整体概况与生产过程，建立起对电网运行的系统感知；另一方面也能够了解到该专业的一些最新技术成果和示范工程建设，比如当今社会各界高度关注的特高压和智能电网知识，建立起“我是电力人”的兴趣感和自豪感。
（2）认识实习。大多数高校在该课程教学设计上都设置了认识实习环节，并计入学分，但时间安排上不是很科学，往往都在毕业实习前。为了及时增强学生对电力系统生产及其运行设备的直接感性认识，结合课程教学需要，与当地的电力生产运行部门（生产教学基地）联系，适时组织一些现场参观的认识实习，让学生现场参观发电厂、变电站和电力调度中心，亲身感受电力系统的实际生产运行过程。
2.课堂教学
在传统的教学模式下，学生在课堂中往往只顾及做好笔记，抄录基本概念、理论和算法推导，难以形成独立思考行为，更谈不上活学活用。因此，如何引导学生成为教学活动中的主人翁，勤于思考，善于发现问题解决问题，逐步培养其学以致用的创新能力，是提高课堂教学效果的关键。我们主要采用了以下2种手段来提升课堂教学质量：
（1）开放式课堂教学。开放式课堂教学是针对传统教育中以“课堂为主、教材为主、教师为主”的封闭性教学弊端而提出的。通过改革单一教学方法和教学手段，构建开放式的课堂教学，让学生成为教学中的活跃主体。一方面，增强教与学的互动性，即教师在讲解过程中允许学生提问，开展现场讨论。通过讨论，深化学生对知识点的理解和掌握。另一方面，柔性延拓“40分钟”课堂时间。一般高校专业课程的课时安排往往都会相隔2-3天，时间较长，为此，在每一次课堂结束时，首先将下一次课堂主要内容提炼为若干思考问题，引导学生课后独立思考，发现问题。然后在下一次上课之前，安排学生谈谈学习和思考的认知，发表自己的言论，教师做好引导工作，针对学生的发言，肯定他们说得正确的地方，也指出他们理解上的偏颇，并在接下来的课堂讲授中及时地进行有针对性的解惑。
现有教材大都是收集汇编了与课程相关的基本原理知识和成熟的技术成果，且偏重于理论阐述和算法推导，对专业领域的前沿技术和最新科技研究成果介绍甚少。为此，在教材的基础上，对讲义进行了适当的必要补充，重点内容包括电力专业最近10年来重大科技研究与重点示范工程应用成果，以及未来5-10年关键技术的发展方向。扩大学生的专业知识视野，让其及时了解电力系统的重大事件和重大科研成果，感悟该专业的技术成就和未来的发展方向。这一教学做法深受学生们的喜欢，既激发了他们的专业兴趣，又有效地强化了专业教育。
（2）组织课堂Seminar。课堂Seminar的教学目的是为了培训学生分析问题、解决问题、陈述观点、团队合作、参与讨论及论文写作等多方面的综合能力。让学生既勤于独立思考又善于团队合作，在相互讨论中锻炼逻辑思维能力，发现问题，然后综合运用所学知识去解决实际问题，逐步培养学以致用的创新能力。
具体地，我们在教学中的主要操作方法包括：结合课程重点知识的特点，开展小组内学生讨论（深入讨论）和小组间学生讨论（一般讨论）；记录讨论情况，作为最终成绩评定因素，以此来激励学生参与讨论的积极性；在讨论过程中教师应适度参与，特别是对于学生无法讨论清楚的知识点或学生回答错误的地方，应由教师回答；对于学生的讨论教师应具有“包容心”，特别是面对一些“幼稚”甚至错误的观点时，更不可挫伤学生的积极性。
3.课后论文撰写
对课堂Seminar的教学延伸，就是鼓励和引导学生阅读与电力系统专业领域相关的各类学术期刊，提高他们的自我学习和阅读能力。主要推荐的学术期刊包括IEEE Transations on Power System，CIGRE汇刊、中国电机工程学报、电力系统自动化杂志等。结合课程教学内容，指导学生对一些重点知识进行深化学习和分析，撰写科技论文，表达自己学术观点，逐步培养他们的科研分析能力，这对有志于考读研究生的学生来说十分有帮助。
4.课程毕业设计
本环节的教学目的是进一步强化学生学以致用的创新能力培养。在课堂讲授内容结束后，要求学生将所学的电力系统基本原理转换为可应用的计算程序或软件，在运用知识的过程中深化对原理和方法的理解，让学生具备解决实际问题的能力。学生可以根据自己感兴趣的知识点，选择诸如潮流计算、短路计算、有功功率控制、无功电压调节、静态/暂态稳定分析等内容，完成相应的应用程序设计，深度推进理论分析与工程应用相结合的工学一体化教学。这种综合性设计实践，学生能充分彰显个性和发挥创新才华，因而受到了他们的积极响应和广泛好评。
四、考核方法
考试既是检验学生学习效果的一种手段，也是检查教师教学成效的重要途径。为此，设置一种科学合理的考核方法，也是教学改革中十分关键的环节之一。我们的主要做法是：不以期末闭卷考试成绩作为唯一的评定标准，将考核方式从简单获取知识量考核向知识和能力的综合评价转移，实施一套“平时考勤+课堂讨论报告+课程论文+闭卷考试”多指标综合加权评定的考核方法。该方法更加强调了对学生综合能力的真实测评，能有效地将应试学习转变为开放式的兴趣学习，真正实现素质教育和创新能力培养目的。
五、效果与总结
为了适应经济社会快速发展对高级人才培养的新要求，以培养学生学以致用的创新能力为目的，形成了一套“兴趣培养―理论教学―工程实践”多层级交叉融合的“电力系统分析”课程工学一体化教学法，实现了将理论知识讲授融于实际应用实践的良好互动，且教学形式生动，内容丰富，解决了传统的教学模式下费时费力且效果不佳的问题。教学实践证明：该方法使得学生不但较好地掌握了电力系统专业基础理论知识，而且显著提升了电力工程的实践应用能力，取得了良好的教学效果。
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（责任编辑：刘辉）